가정지구 고2수학과외







결과값보다 먼저 안쪽 함수의 움직임을 확인한다
가정지구과외 수업에서 다음 풀이 기록을 검토했다.
문제: \( \displaystyle \lim_{x\to1} f(g(x)) \)을 구하여라.
\[ g(x)= \begin{cases} 2x+1&(x<1)\\ x^2+2&(x\ge1) \end{cases}, \qquad f(t)= \begin{cases} \dfrac{t^2-9}{t-3}&(t\ne3)\\ 0&(t=3) \end{cases} \]
학생 풀이: \(x=1\)을 먼저 대입하면 \(g(1)=3\), 따라서 \(f(3)=0\)이다.
어디에서 풀이가 어긋났는가
구한 값 \(f(g(1))=0\)은 함수의 해당 점에서의 함숫값이다. 그러나 문제는 \(x\)가 1에 가까워질 때의 극한을 묻고 있으므로, \(g(1)\) 자체가 아니라 \(g(x)\)가 3에 어떻게 접근하는지를 먼저 살펴야 한다.
안쪽 극한과 겉함수의 연속성 확인
안쪽 함수의 접근값
왼쪽에서는 \(2x+1\to3\), 오른쪽에서는 \(x^2+2\to3\)이므로
\[ \lim_{x\to1}g(x)=3. \]
겉함수의 식을 접근점에서 해석하기
\(t\ne3\)일 때
\[ f(t)=\frac{(t-3)(t+3)}{t-3}=t+3. \]
따라서 \(t\)가 3으로 다가갈 때 \(f(t)\)는 6으로 다가간다. 다만 \(f(3)=0\)으로 따로 정의되어 있으므로 \(f\)는 \(t=3\)에서 연속이 아니다.
합성 형태의 극한 계산
\[ \lim_{x\to1}f(g(x)) =\lim_{x\to1}\bigl(g(x)+3\bigr) =3+3 =6. \]
정답은 6이며, \(f(g(1))=0\)은 극한값과 다르다. 합성 함수의 극한에서는 \(x\)를 바로 대입하기 전에 안쪽 함수의 극한값을 구하고, 그 값에서 겉함수의 연속성 또는 주변의 식을 확인해야 한다.
다음 문제에서의 판단 기준
- 먼저 \(\lim_{x\to a}g(x)\)를 계산한다.
- 안쪽 함수의 좌극한과 우극한이 같은지 확인한다.
- 겉함수가 접근점에서 연속인지 살핀다.
- 겉함수가 불연속이면 함수값이 아니라 주변에서의 식으로 극한을 계산한다.